DE2127379C

DE2127379C - Electrical integrator for a signal that is modulated in the amplitude of a carrier oscillation

Info

Publication number: DE2127379C
Application number: DE19712127379
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing 8000 München Leitl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1971-06-02
Publication date: 1973-03-08

Description

ι/ι /

integrators durch die hier erforderliche Diodenbrückenschaltung beeinträchtigt, da deren unerwünschtes Schwellwertverhalten voll zum Tragen kommt.integrator through the diode bridge circuit required here impaired, as their unwanted threshold behavior comes into play.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Lösung für einen Wechselstromiutegrator anzugeben, der ebenfalls rein elektrisch arbeitet, jedoch die bei derartigen bekannten Integratoren vorhandenen Nachteile vevmeidet.The invention is based on the object of specifying a further solution for an alternating current integrator, which also works purely electrically, but the existing ones in such known integrators Avoids disadvantages.

Ausgehend von einem elektrischen Integrator für ein einer Trägerschwingung in der Amplitude aufmoduliertes Signal, bestehend aus einem eingangsseitigen Demodulator, einem sich daran anschließenden Gleichstromintegrator und einem ausgangsseitigen Modulator, bei dem der Modulator der ampiitudenmäßigen Modulation einer Trägerschwingung mit dem Integratorausgangssignal dient, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Demodulator und der Gleichstromiptegrator zu einem getasteten Gleichstromintegrator entartet sind und hierzu dem Gleichstromintegrutor ein von der Trägerschwingung gesteuerter Abtastschalter (erster Kontakt) vorgeschaltet ist, der periodisch im Zeitbereich des Av tretens der Amplitudenspitzen während eines zur Periode der Trägerschwingung kleinen Zeitraums betätigt ist.Starting from an electrical integrator for a carrier wave modulated in amplitude Signal, consisting of a demodulator on the input side and an adjoining one DC integrator and a modulator on the output side, in which the modulator of the amplitude-wise Modulation of a carrier wave is used with the integrator output signal, this is Object according to the invention achieved in that the demodulator and the DC integrator to have degenerated a keyed direct current integrator and for this purpose the direct current integrator one of the Carrier oscillation controlled sampling switch (first contact) is connected upstream, which periodically in the time domain of Av, the amplitude peaks occur during a period that is small to the period of the carrier oscillation Period is operated.

Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß die Verwendung eines Gleichstromintegrators keine Demodulation der eingangsscitig ankommenden modulierten Trägerschwingung im übliehen Sinne erforderlich macht, sondern es hierfür ausreichend ist, wenn dem Gleichstromintegrator das zu integrierende Signal in Form von Abtastproben zugeführt wird, die in diesem Falle den Amplitudenspitzen des Eingangssignals jeweils proportional sind. Dadurch wird erreicht, daß das Verhalten des Integrators nicht wie bei bekannten Anordnimgen durch zusätzliche Zeitkonstantenglieder beeinträchtigt wird. Auch zeigt der elektrische Integrator nach der Erfindung kein Schwellwertverhalten, da er ohne nichtlineare Widerstände, wie Dioden, auskommt.The invention is based on the knowledge that the use of a direct current integrator No demodulation of the modulated carrier wave arriving at the input as usual Meaning makes it necessary, but it is sufficient for this if the DC integrator the signal to be integrated is supplied in the form of samples, which in this case are proportional to the amplitude peaks of the input signal. This ensures that the behavior of the integrator is not adversely affected by additional time constant elements, as is the case with known arrangements. The electrical integrator according to the invention also shows no threshold value behavior, since it does not have a nonlinear Resistors, like diodes, get by.

Darüber hinaus hat der Erfindungsgegenstand den großen Vorteil, daß der modulierten Schwingung überlagerte Störfrequsnzen im Hinblick auf das gewünschte Integrationsergebnis weitgehend unterdrückt werden Das hat seinen Grund einmal darin, daß ein Teil der in der Regel unvermeidbaren Oberwellen der T.äge.-schwingung im jeweiligen Zeitpunkt der Abtastung ihren MaximrJwert aufweisen. Zum anderen Mal schafft die Abtastung ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis, weil das Signal immer nur dann durchgeschaltet wird, wenn die Signalnutzamplitude am größten ist.In addition, the subject of the invention has the great advantage that the modulated oscillation Superimposed Störfrequsnzen largely suppressed with regard to the desired integration result The reason for this is that some of the usually unavoidable harmonics of the T. saw oscillation have their maximum value at the respective point in time of the sampling. To the other times, the sampling creates an optimal signal-to-noise ratio because the signal only ever is then switched through when the signal amplitude is greatest.

Die konstante Schließzeit des ersten Kontaktes wird so bemessen, daß die in den Gleichstromintegrator hineinfließende Ladung Q praktisch nur von der Amplitude der Eingangswechselspannung abhängt. Dies läßt sich besonders für eine sinusförmige Eingangswechselspannung sehr leicht realisieren, weil die Sinusfunktion im Bereich der Amplitude eine kleine Änderungsgeschwindigkeit aufweist. Am Ausgang des Gleichstromintegrators steht eine treppenförmige Gleichspannung zur Verfügung, die bis auf einen konstanten Faktor dem Integralwert der Amplituden der Hingangswechselspannung entspricht. Der konstante Faktor .wird unter anderem durch die elektrischen Daten des Gleichstromintegrators und durch die Schließzeiten bestimmt.The constant closing time of the first contact is dimensioned in such a way that the charge Q flowing into the direct current integrator depends practically only on the amplitude of the input alternating voltage. This can be implemented very easily, especially for a sinusoidal AC input voltage, because the sine function has a small rate of change in the amplitude range. At the output of the direct current integrator, a step-shaped direct voltage is available which, apart from a constant factor, corresponds to the integral value of the amplitudes of the input alternating voltage. The constant factor is determined, among other things, by the electrical data of the DC integrator and the closing times.

Die Gleichspannung wird nun durch eine den Modulator darstellende Schaltungsanordnung in eine proportionale Ausgangswechselspannung umgeformt. Dazu können beispielsweise Wechselrichter oder Chopper-Verstärker verwendet werden.The DC voltage is now converted into a circuit arrangement representing the modulator proportional output AC voltage converted. For example, inverters or Chopper amplifiers can be used.

Besonders in rein elektronischen Integratoren wrd man als Kontakt ein elektrisches Bauelement verwenden. Besonders vorteilhaft ist es dann, wenn der erste Kontakt durch einen Feldeffekttransistor realisiert ist. Die elektrische Integration eines Gleichstroms kann durch eine Kapazität und einer Gleichspannung durch eine Induktivität vorgenommen werden. Um die Eingangswerte des Gleichstromintegrators möglichst konstant zu halten, ist es von besonderem Vorteil, daß ein Operationsverstärker hoher Verstärkung verwendet wird. Sein Ausgang ist mit seinem Eingang über einen integrierenden Kondensator verbunden. Für den elektrischen "itegrator nach der Erfindung ist es von Vorteil, wenn für die Umsetzung der treppenförmigen Ausgangsgleichspannung des Gleichstromintegrators eine Schaltungsanordnung verwendet wird, deren Amplitude der Ausgangs-. wechselspannung sehr genau mit der Ausgangsgleichspannung übereinstimmt. Zu diesem Zweck ist am Eingang Jer Schaltungsanordnung eine Summierstufe vorgesehen, in der die Ausgangsgleichspannung und die in der Polarität entgegengerichtete Amplitude der Ausgangswechselspannung addiert werden. Zur Ausgangsspannung der Summierstufe wird in dem Augenblick durch einen zweiten Kontakt durchgeschaltet, ■ wenn die Ausgangsgleichspannung und die Amplitude der Ausgangswechselspannung entgegengesetzte Polarität haben. Ist die Ausgangsspannung der Summierstufe dann Null, ist die Schaltungsanordnung abgeglichen. Im nicht abgeglichenen Zustand erscheint hinter dem Kontakt je nach der Richtung der Abweichung ein positives oder negatives Signal. Dieses Signal wird einem Gleichstromintegrator zugeführt. Die Ausgangsspannung des Gleichstromintegrators steuert den Widerstand eines Feldeffekttransistors, der sich in einer mit der Trägerschwingung gespeisten Brückenschaltung befindet. Die Ausgangsspannung der Brückenschaltung stellt nach einer eventuellen Verstärkung die Ausgangswechselspannung der Schaltungsanordnung dar. Infolge des in der Schaltungsanordnung verwendeten Gleichstromintegrators stimmen zumindest nach einer gewissen Zeit die Ausgangsgleichspannung und die Ausgangswechselspannung vollständig überein.In purely electronic integrators in particular, an electrical component is used as the contact. It is particularly advantageous if the first contact is implemented by a field effect transistor. The electrical integration of a direct current can be achieved by a capacitance and a direct voltage be made by an inductance. To the input values of the direct current integrator as possible To keep constant, it is of particular advantage that an operational amplifier of high gain is used. Its output is connected to its input via an integrating capacitor. For the electrical "itegrator according to the invention it is beneficial if for implementation the stepped output DC voltage of the DC integrator a circuit arrangement is used whose amplitude is the output. AC voltage very precisely with the DC output voltage matches. For this purpose, a summing stage is at the input of the circuit arrangement provided in which the output DC voltage and the polarity opposite amplitude of the AC output voltage can be added. At the moment, the output voltage of the summing stage switched through by a second contact, ■ if the output DC voltage and the amplitude polarity opposite to that of the alternating voltage output. Is the output voltage of the summing stage then zero, the circuit arrangement is balanced. In the unadjusted state appears behind the contact a positive or negative signal depending on the direction of the deviation. This Signal is fed to a DC integrator. The output voltage of the DC integrator controls the resistance of a field effect transistor, which is fed with the carrier oscillation Bridge circuit is located. The output voltage of the bridge circuit adjusts after a possible Amplification represents the output AC voltage of the circuit arrangement. As a result of the in the circuit arrangement The DC integrator used are correct, at least after a certain time, the DC output voltage and the AC output voltage completely match.

Die Ausgangswechselspannung der Schaltungsanordnung kann auch Null sein. In einem solchen Falle ist es zwar ohne Bedeutung, ":n welchem Phasenabschnitt der zweite Kontakt sich schließt. Um dann aber beim Wiedererscheinen der Ausgangswechselspannu-g etwaige Synchronisationsproblcme zu umgehen, ist es zweckmäßig, daß das Kriterium für das Schließen des zweiten Kontaktes aus der die Brückenschaltung speisenden Trägerschwingung gewonnen wird.The AC output voltage of the circuit arrangement can also be zero. In such a case it is of no importance ": in which phase segment the second contact closes. To then but to bypass possible synchronization problems when the output AC voltage reappears, it is appropriate that the criterion for closing the second contact from the the bridge circuit feeding carrier oscillation is obtained.

Obwohl es für die Funktion des elektrischen Integrators nach dor Erfindung keineswegs erforderlich ist, ist es trotzdem zweckmäßig, daß die Ausgangswechselspannung und Eingangswechselspannung kohärent sind. Durch geeignete Wahl der Phasenlage ist es dann möglich, den ersten und den zweiten Kontakt gleichzeitig zu schließen. Dadurch weist der Integrator nur eine minimale Verzögerungszeit auf. An Hand der Zeichnung soll ein Ausführungsbei-Although it is by no means necessary for the function of the electrical integrator according to the invention is, it is nevertheless appropriate that the output AC voltage and input AC voltage are coherent. By suitable choice of the phase position, it is then possible to use the first and the second To close contact at the same time. As a result, the integrator only has a minimal delay time. Based on the drawing, an implementation example

spiel der Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden.game of the invention are explained in more detail below.

Die Figur zeigt ein Funktionsschaltbild des elektrischen Integrators nach der Erfindung. Die modulierte Trägerschwingung gelangt über den Eingang 1 in den Verstärker 2. Hinter dem Verstärker 2 ist ein als Schalter wirkender Feldeffekttransistor 3 angeordnet. Die an den Gleichstromintegrator, bestehend aus dem Operationsverstärker 4 und dem integrierenden Kondensator 5, abgegebene Ladungsmenge Q bestimmt sich wie folgt:The figure shows a functional diagram of the electrical integrator according to the invention. The modulated carrier oscillation reaches the amplifier 2 via the input 1. A field effect transistor 3 acting as a switch is arranged behind the amplifier 2. The amount of charge Q delivered to the direct current integrator, consisting of the operational amplifier 4 and the integrating capacitor 5, is determined as follows:

a = Amplitude der modulierten Trägerschwingung, a = amplitude of the modulated carrier oscillation,

t = Zeit, in der der Feldeffekttransistor
niederohmig ist. t = time in which the field effect transistor
is low resistance.

Die am Ausgang des Gleichstromintegrators entstehende Gleichspannung wird über die Eingangsklemme 13 der Summierstufe 6 zugeleitet. Der die Ausgangsspannung der Summierstufe 6 schaltende Feldeffekttransistor 7 wird gleichzeitig mit dem Feldeffekttransistor 3 niederohmig. Dies wird durch geeignete Phasendrehungen (0°, 180°) der Verstärker Z bzw. 11 ermöglicht. Hinter dem Feldeffekttransitor 7 ist ein weiterer Operationsverstärkers mit einem integrierenden Kondensator 9 angeordnet. Diese An-The direct voltage generated at the output of the direct current integrator is fed to the summing stage 6 via the input terminal 13. The field effect transistor 7 switching the output voltage of the summing stage 6 becomes low-resistance at the same time as the field effect transistor 3. This is made possible by suitable phase rotations (0 °, 180 °) of the amplifier Z or 11. A further operational amplifier with an integrating capacitor 9 is arranged behind the field effect transistor 7. This to

5 Ordnung stellt wiederum einen Gleichstromintegrator dar. Seine Ausgangsspannung wird an die Steuerelektrode eines weiteren Feldeffekttransistors 10', der einen der vier Zweige einer Brückenschaltung 10 bildet, gelegt. Die BrUckcnschaltung wird durch die an5 order again represents a direct current integrator. Its output voltage is sent to the control electrode a further field effect transistor 10 ', which forms one of the four branches of a bridge circuit 10, placed. The bridge circuit is activated by the

ίο der Klemme 15 liegende unmodulierte Trägerschwingung gespeist. Die Ausgangsspannung der Brücke wird über einen Verstärker 11 dem Ausgang 12 zugeleitet. Der Ausgang 12 ist mit dem Eingang 14 der Summierstufe 6 verbunden.ίο the terminal 15 lying unmodulated carrier oscillation fed. The output voltage of the bridge is fed to the output 12 via an amplifier 11. The output 12 is connected to the input 14 of the summing stage 6.

is Die Schaltimpulse für die Feldeffekttransistoren 3 und 7 werden aus der unmodulierten Trägerschwingung abgeleitet. Dazu wird die Trägerschwingung in der Phasendrehstufe 16 zunächst um 90° gedreht und dann in der Begrenzerstufe 17 begrenzt. Dadurchis The switching pulses for the field effect transistors 3 and 7 are derived from the unmodulated carrier wave. For this purpose, the carrier oscillation in the phase rotation stage 16 is initially rotated by 90 ° and then limited in the limiter stage 17. Through this

ao wird ein nahezu rechteckförmiger Verlauf der umgeformten Trägerschwingung erreicht. In der Differenzierstufe 18 werden dann die Schaltimpulse erzeugt. Die Differenzierstufe ist so bemessen, daß nur jeweils Differenzierimpulse gleicher Polarität an dieao an almost rectangular shape of the deformed carrier oscillation is achieved. In the differentiation stage 18 the switching pulses are then generated. The differentiation level is dimensioned so that only differentiating pulses of the same polarity to the

as Feldeffekttransistoren 3 bzw. 7 gelangen.as field effect transistors 3 and 7 arrive.

Hierzu i Blatt ZeichnungenFor this purpose i sheet of drawings

Claims

The invention relates to an electrical patent claim: integrator for a signal modulating the amplitude of a carrier oscillation.

1. Electrical integrator for a one of a carrier- In the control engineering and in the analog oscillation in the amplitude modulated 5 computing technology, electrical quantities mathema signal, consisting of an input-side De- are subjected to operations. Aaßer the four modulator, a subsequent basic calculation types (addition, subtraction, multi-direct current integrator and an output-side plication, division) are, for example, still the modulator, in which the modulator of the amplification and integration is carried out. All daily modulation of a carrier wave- io these operations can be carried out both with equation and with the integrator output signal, as well as with alternating voltages. In the case characterized in that the use of direct voltages exists, however, the modulator and the direct current integrator lead to the difficulty of making the electrical devices zero point of a keyed direct current integrator degenerately stable. To avoid this disadvantage, and for this purpose the DC integrator is an i ₅ , it is known in control engineering and in the analog scanning and computing technology controlled by the carrier oscillation, the signals to be processed switch ι (first contact) are connected upstream, which modulate an alternating voltage. Now periodically in the time range of the occurrence of the alternating voltage, the amplitude of the alternating voltage represents a measure of amplitude peaks during one to the period that is actuated for the size of the signal. For carrying out the carrier oscillation, a small period of time is actuated. 20 of the arithmetic operations it is then necessary to

2. Electrical integrator according to claim 1, to develop data that the amplitudes of the Wech marked, the required mathematical open field effect transistor is the first contact with a self-voltage (3) is used. subjugate rations. For the addition and the sub-

3. Electrical integrator according to claim 1 traction can in principle the same circuits or 2, characterized in that 25 are used as direct current as well as for direct current. However, it is Current integrator an operational amplifier (4) on the phase relationship of the to be processed high gain is used, pay attention to its output alternating voltages. The rest of the rake with its input via an integrating operatic nen are only proportionate with one Capacitor (5) connected '; n is. to realize great effort. Are common

4. Electrical integrator according to one of the above 30 electromechanical arrangements. Only going here Claims, characterized by is generally the guarantee for an ausnet, that the switching precision and long-term constancy representing the modulator is given, processing arrangement is designed so that on one However, the electromechanical devices gang a summing stage (6) is provided, the disadvantages of a different kind. Miteiner is particularly annoying Input to the output of the direct current 35 under the influence of sea to 'Jeher acceleration integrator (4, 5) and the other input with forces such. B. in missiles, and the relatively high connected to the output of the circuit arrangement. In addition, the devices are usually heavy the fact is that, furthermore, the output of the summing and only to manufacture at high cost.

There are already purely electronic alternating clocks with a small, constant closing time known, in which the modulated carrier alternating voltage arriving synchronously with the output side closes when either first in a demodulator rectified with positive DC output voltage of the DC _w i _r d, and then the zuriiekstromintegrators the negative amplitude of the training thus obtained signal to be integrated gear AC voltage to the input or negative training 45 of a direct current integrator is supplied. The DC input voltage, the positive amplitude, integrated variable on the output side is then available that the other connection of the second recovery of an alternating current signal for amplification contact is connected to a further direct current modulation of a carrier wave grator (8, 9) whose output used. Such a purely electrical integrator voltage of the control electrode of another, in 50, has the considerable disadvantage of a relatively large bridge time constant fed by the carrier oscillation, which means that the signal is rectified by the field effect transients required for the demodulation circuit (10) (10). 100 is supplied, and that the output forcing is activated.This difficulty can, as the voltage of the bridge circuit, possibly US Pat .r * voltage of the circuit arrangement forms .feedback operational amplifier use

5. The electrical integrator of claim 4, thereby making the DC integrator one characterized in that the criterion for AC integrator is redesigned that the the closing of the second contact from the feedback branch through one input of one Bridge circuit feeding the carrier wave 60 phase discriminator is realized at its is won. the other input is a reference AC voltage source

6. Electrical integrator after one that is connected upstream and its output from a convergent one Claims, thereby marked capacitor is completed. This circuit provides innet, that the output alternating voltage and the, if so, represent a substantial technical effort, AC input voltage are coherent. 65 as the two comparator inputs of the phase discriminator must be realized with the help of transformers with very good linear properties.

The properties of this alternating current